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细胞存活曲线 目录 本节主要内容 拟合计算 照射培养 稀释种板 二 细胞存活实验 一 基本概念 细胞存活的定义 按照放射生物学的观点 只有保留无限增殖能力的细胞才称之为存活细胞 在特定的环境下 存活细胞有能力形成超过50个细胞的集落 这种细胞称为克隆源性细胞 细胞数量达到50个以上表示已繁殖了5 6代 凡是失去无限增殖能力 不能产生大量子代的细胞称为死亡细胞 细胞存活曲线 细胞存活曲线是定量描述辐射吸收剂量与细胞存活之间关系的曲线 在放射生物学研究中具有重要意义 是研究肿瘤细胞内在放射敏感性的基础 线性二次模型 单击多靶模型 细胞存活曲线三大数学模型 三 细胞存活曲线数学模型 单击单靶模型 单靶单击模型 S exp D D0 在电离辐射对细胞作用的研究中 在许多情况下 常用所谓单靶模型来描述一次击中所需的照射剂量 其模型表达式中 D0称为 平均致死剂量 它的倒数为曲线的斜率 这种关系也存在于辐射对病毒或酶照射后的钝化效应中 此时D0称为钝化剂量 从公式可知 当剂量D D0时 上式的值为S exp D D0 exp 1 0 368因此 D0这个平均致死剂量也可理解为使细胞存活率达到36 8 时所需的照射剂量 这个剂量可简明地作为细胞 细菌或病毒等 对射线敏感性的一个指标 一般来说 此模型适用于描述由高LET电离辐射如 粒子 所致细胞存活率曲线 三 细胞存活曲线数学模型 1 单击单靶模型 三 细胞存活曲线数学模型 单击多靶模型 SF 1 1 e kD N e为自然对数的底 k是与射线的质及细胞敏感性有关的常数 D为细胞所受的照射剂量 此模型假设细胞内有N个靶 每个靶都相同 只有所有靶都失活 细胞才死亡 而每个靶的失活只需一次击中 用该模型绘制的存活曲线表现为 在低剂量区 出现一个缓慢下降的肩区 shoulder 因亚致死损伤累积的关系 在高剂量区 曲线近似直线 细胞呈指数性死亡 见图1 有些细胞存活曲线始终没有指数性死亡的直线部分 图1用单击多靶模型拟合的细胞剂量存活曲线 2 单击多靶模型 单击多靶模型的特点是有多个生物学参数 平均致死剂量D0 存活曲线直线部分斜率的倒数 即指在细胞存活曲线的直线部分 细胞存活率从0 1降至0 037 或从0 01降至0 0037所需的剂量 D0值反映每种细胞在相对高剂量区对射线的敏感性 D0值越大 细胞对放射愈抗拒 准阈剂量Dq 存活曲线的直线部分向上延伸与通过存活率为1的横轴相交点的剂量 代表存活曲线的 肩宽 表示从开始照射到细胞呈指数性死亡所浪费的剂量 Dq值小 表明细胞亚致死性损伤修复能力弱 很小的剂量就能使细胞进入致死性损伤的指数性死亡阶段 Dq值大 表明细胞亚致死性损伤修复能力强 外推数N 指细胞存活曲线直线部分延长线与纵坐标相交后所截之部分 反映细胞内所含放射敏感区域数 即靶数 D0 Dq N三个参数之间的关系可以用以下公式表示 logN Dq D0 任意两个参数即可在一定程度上反映细胞的放射敏感性 该模型用于描述带有肩宽的人和哺乳动物细胞剂量一存活率曲线较好 2 单击多靶模型 三 细胞存活曲线数学模型 线性二次模型 linearquadraticmodel 亦称L Q模型 S e d d2 S为细胞存活率 d为单次照射剂量 值代表线性效应 即指细胞存活曲线的初始斜率 决定低剂量照射下损伤的程度 值代表平方效应 它的贡献随剂量增加而加大 当线性部分和平方部分对杀灭细胞的贡献相等时 其照射剂量等于 和 的比值 即 该模型假定辐射引起的细胞死亡由以下两种方式组成 一种方式为射线一次击中两条链 其生物效应与照射剂量成比例 以 d表示 另一种方式为射线分别击中两条链 其生物效应与照射剂量的平方成比例 以 d2表示 用该模型合成的曲线特点是呈连续弯曲的曲线 没有一个斜率不变的末尾指数区域 三 细胞存活曲线数学模型 3 线性二次模型 该模型只有2个可以调整的系数 即 不同组织的 值是不一样的 一个特定组织的 值意味着在这个剂量值 单击所产生的生物效应与双击所产生的生物效应相同 值一般不受所选择的生物效应水平的影响 并且能反映早期反应组织 晚期反应组织以及肿瘤对剂量反应性的差别 L Q模型对临床放射治疗的主要贡献是 它把实验室有关细胞和组织分次剂量效应研究的成果与临床有机地结合起来 它分别考虑早期反应和晚期反应组织对分次剂量和治疗总时间的不同反应 研究表明 晚期反应组织的曲线较早期反应组织的曲线更陡 癌组织类似于早期反应组织 当分割剂量减少